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Die NASA untersucht das Sauerstoffgeheimnis auf dem Mars

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                    Curiosity hat den Gale Crater erkundet, in dem sich einst flüssiges Wasser befand

Der Sauerstoff in der Marsluft verändert sich auf eine Weise, die derzeit nicht durch bekannte chemische Prozesse erklärt werden kann.

Das behaupten Wissenschaftler der Curiosity-Rover-Mission, die das Gas gemessen haben.

Sie stellten fest, dass die Sauerstoffmenge in der "Luft" des Mars im Frühjahr und Sommer um 30% stieg.

Das Muster bleibt ein Rätsel, aber die Forscher fangen an, die Möglichkeiten einzugrenzen.

Während die Veränderungen höchstwahrscheinlich geologischer Natur sind, können Planetenforscher eine Erklärung für das mikrobielle Leben nicht vollständig ausschließen.

Die Ergebnisse stammen aus fast sechs Erdjahren (drei Marsjahren), die mit der Probenanalyse am Mars (Sam) gemessen wurden, einem tragbaren Chemielabor im Bauch des Curiosity Rovers.

Die Wissenschaftler haben die jahreszeitlichen Veränderungen von Gasen gemessen, die die Luft direkt über dem Gale Crater auf dem Mars füllen, auf dem Curiosity gelandet ist. Sie haben ihre Ergebnisse in der Zeitschrift JGR-Planets veröffentlicht.

Die Marsatmosphäre besteht überwiegend aus Kohlendioxid (CO2) mit kleineren Mengen anderer Gase wie molekularem Stickstoff (N2), Argon (Ar), molekularem Sauerstoff (O2) und Methan (CH4).

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Stickstoff und Argon folgten einem vorhersagbaren saisonalen Muster und veränderten sich je nach dem, wie viel CO2 in der Luft war (was wiederum mit Änderungen des Luftdrucks zusammenhängt). Sie erwarteten, dass auch Sauerstoff diesem Muster folgen würde, aber das tat es nicht.

Der Sauerstoff stieg in jedem Frühling der nördlichen Hemisphäre an und fiel dann im Herbst.

Sie betrachteten die Möglichkeit, dass CO2- oder Wassermoleküle (H2O) Sauerstoff freisetzen, wenn sie sich in der Atmosphäre auflösen, was zu einem kurzlebigen Anstieg führt. Aber es würde fünfmal mehr Wasser brauchen, als tatsächlich vorhanden ist, um den zusätzlichen Sauerstoff zu produzieren, und CO2 wird zu langsam abgebaut, um es in so kurzer Zeit zu erzeugen.

"Wir wissen, dass Sauerstoff auf dem Mars durch die Energie erzeugt und zerstört wird, die das Sonnenlicht liefert, das CO2 und H2O abbaut, die beide in der Marsatmosphäre beobachtet werden. Das, was keinen Sinn ergibt, ist die Größe der Variation – das macht es nicht "Dr. Manish Patel von der Open University, der nicht an der Studie beteiligt war, sagte gegenüber BBC News, dass dies nicht unseren Erwartungen entspricht.

"Angesichts der Tatsache, dass Curiosity Messungen an der Oberfläche des Mars durchführt, ist es verlockend zu glauben, dass dies von der Oberfläche kommt – aber wir haben keine Beweise dafür. Aus geologischer Sicht ist dies unwahrscheinlich – ich kann mir keinen Prozess vorstellen würde passen."

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                    Die Ergebnisse können auf ein Sauerstoffreservoir nahe der Marsoberfläche hindeuten

Dr. Timothy McConnochie von der University of Maryland im College Park, einer der Autoren des JGR-Planets-Papiers, sagte der BBC: "Sie können die Wasserdampfmoleküle in der Marsatmosphäre messen und Sie können die Sauerstoffänderung messen … Es gibt einfach nicht genug Wassermoleküle.

"Der Mars hat im Allgemeinen eine recht kleine Menge Wasserdampf und es gibt ein Vielfaches an Sauerstoffatomen, die auf mysteriöse Weise auftreten als der Wasserdampf auf dem gesamten Planeten."

Sie überlegten auch, warum der Sauerstoff im Herbst auf die von der bekannten Chemie vorhergesagten Werte zurückfiel. Eine Idee war, dass Sonnenstrahlung Sauerstoffmoleküle in zwei Atome aufspalten könnte, die dann in den Weltraum entkommen. Nachdem die Zahlen verzeichnet waren, folgerten die Wissenschaftler, dass es mindestens 10 Jahre dauern würde, bis der Sauerstoff auf diese Weise verschwindet.

Außerdem sind die saisonalen Anstiege nicht perfekt wiederholbar. Die Menge an Sauerstoff variiert zwischen Jahren. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass etwas das Gas produziert und es dann wegnimmt.

Dr. McConnochie glaubt, dass die Beweise auf eine Sauerstoffquelle in der Nähe der Oberfläche hindeuten. "Ich denke, es deutet auf ein Reservoir (mit Sauerstoff) im Boden hin, das sich mit der Atmosphäre austauscht", sagte er.

"Um sich (mit der Atmosphäre) in einem saisonalen Zeitrahmen relativ schnell auszutauschen, muss es nahe an der Oberfläche sein. Wenn es tiefer geht, wird jeder Prozess langsamer", sagte er gegenüber BBC News.

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                    Ein Experiment der Wikingerländer in den 1970er Jahren liefert verlockende Hinweise auf das Sauerstoffgeheimnis

Einige unterstützende Beweise dafür stammen von den Wikingerlandern von Nasa, die in den 1970er Jahren auf dem Roten Planeten gelandet sind. Die Ergebnisse des Viking Gas Exchange Experiments (GEX) zeigten, dass die Erhöhung der Luftfeuchtigkeit in einer Kammer, die eine Marsbodenprobe enthielt, zu einer Freisetzung von Sauerstoff führte.

Laut Dr. McConnochie war die Temperatur in der Raumschiffkammer der Wikinger jedoch viel wärmer als draußen, selbst im Frühling und Sommer. Dies erschwert jeden Versuch, die Ergebnisse auf die Marsumgebung anzuwenden: "Es ist ein verlockender Hinweis, aber es hilft uns nicht, das Problem direkt zu lösen", erklärte er.

Mars wird im Frühling und Sommer feuchter. Im Winter setzt sich an den Polen Wassereis ab. Während des ganzen Sommers wird in den Polarregionen Wasserdampf freigesetzt.

Es könnte einen Zusammenhang zwischen der Befeuchtung des gesamten Planeten zu diesem Zeitpunkt und der Freisetzung von Sauerstoff geben.

Interessanterweise sind die Sauerstoffveränderungen mit denen von Methan vergleichbar, das im Sommer aus unerklärlichen Gründen im Überfluss um etwa 60% zunimmt. Es ist jedoch unklar, ob eine Verbindung besteht.

Boden sinken

Das Methan-Rätsel hat im Laufe der Jahre viel Aufmerksamkeit erregt, da der größte Teil des Methans auf der Erde von lebenden Organismen produziert wird. Obwohl es mehrere Möglichkeiten gibt, Methan durch geologische Prozesse auf dem Mars freizusetzen, bleibt die Produktion dieses Gases durch tief unter der Oberfläche lebende Mikroben eine verlockende Möglichkeit.

Auch Sauerstoff kann von Mikroorganismen produziert werden. Es ist nicht auszuschließen, dass die Biologie hinter den sich ändernden Gaswerten in der Marsatmosphäre steckt. Aber die wissenschaftliche Messlatte für solche Behauptungen ist in der Tat sehr hoch.

Es ist eine sehr entfernte Möglichkeit, aber wir verstehen immer noch nicht genug über das Verhalten von Sauerstoff, um ihn als Indikator für das Leben zu verwenden.

Darüber hinaus ist der nahe Untergrund des Mars aufgrund der hohen Strahlung, die durch die Marsatmosphäre austritt, der starken Temperaturschwankungen und der begrenzten Verfügbarkeit von Wasser ein sehr schwieriger Lebensraum.

"Mit aktuellen Instrumenten auf dem Mars-Raumschiff können wir nicht wissen, ob die Biologie den Anstieg des Sauerstoffgehalts im Frühling verursacht. Abiotische Prozesse sehen sehr vielversprechend aus, daher müssen wir sie erst ausschließen, bevor wir einen mikrobiellen Beitrag leisten können", so Prof. Sushil Atreya , von der University of Michigan, der Mitautor der Studie ist, sagte BBC News.

Aber er fügte hinzu, dass zukünftige Missionen miteinander in Beziehung stehende Messungen machen würden, die Licht auf die Bewohnbarkeit des Mars werfen könnten.

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                    Dr. Manish Patel sagt, dass Sauerstoff in der Marsatmosphäre jahrelang anhalten kann

Dr. Patel sagte: "Obwohl ich glaube, dass biologische Aktivität im Mars-Untergrund irgendwann in der Geschichte des Mars eine reale Möglichkeit ist, gibt es keine Möglichkeit, dies durch sauerstoffproduzierende Mikroben zu erklären – wir vermissen die zahlreichen anderen Indikatoren, die dies tun würden komm mit.

"Vielleicht ist alles verborgen, aber als Wissenschaftler kann ich nur kommentieren, was wir beobachten – und ein außergewöhnlicher Anspruch erfordert eine außergewöhnliche Beobachtung."

Die Vorstellung, dass Sauerstoff in chemischer Form im Marsboden eingeschlossen ist, ist nach wie vor viel wahrscheinlicher.

"Ein Phänomen, das bei den meisten Gasmolekülen auftritt, besteht darin, dass sie an Oberflächen haften, insbesondere an Objekten mit großer Oberfläche. Diese Anhaftung, diese Adsorption, ändert sich in Abhängigkeit von der Temperatur", erklärte Tim McConnochie.

"Sauerstoff ist ein sehr aktives Molekül, also ändert es sich in eine andere Form und bleibt dann hängen und ändert sich dann wieder. Die heikle Sache sind die Formen von Sauerstoff, die wir im Marsboden kennen und die ziemlich stabil sind."

Eines dieser stabilen Moleküle ist eine Verbindung namens Perchlorat, die im Marsboden weit verbreitet ist. Es gibt seinen Sauerstoff nicht so leicht ab, aber es ist möglich, dass hochenergetische Strahlung – zum Beispiel kosmische Strahlung – dazu führen kann, dass ein Teil davon abgebaut wird und Nebenprodukte zurückbleiben.

Ein potenzielles Nebenprodukt ist Hypochlorit – in Bleichmitteln enthalten -, das weniger stabil und daher anfälliger für die Freisetzung seines Sauerstoffs ist.

"Ich bin der Meinung, dass wir einer Idee, wie es aus dem Boden freigesetzt werden kann, näher sind als einer Idee, wie es zurück in den Boden gebunden werden kann", sagte Tim McConnochie. Aber er erklärte: "Vermutlich gibt es einen Zyklus, der das abschirmt."

Prof. Atreya erklärte: "Es gibt mindestens drei potenzielle abiotische Sauerstoffspeicher auf der Oberfläche / im Untergrund des Mars – Oxidationsmittel in Form von Perchloraten, Oxidationsmittel in Form von Wasserstoffperoxid und oxidierte Gesteine ​​oder hydratisierte Mineralien.

"Wasser-Gesteins-Reaktionen in der Vergangenheit oder sogar heute, wenn flüssiges Wasser unter der Oberfläche oder als Sole vorliegt, waren höchstwahrscheinlich für das dritte Reservoir verantwortlich."

Dr. Patel glaubt, dass es möglicherweise nicht möglich ist, das Ergebnis des Gale Crater auf den gesamten Mars anzuwenden. "Dies wurde durch die jüngste Methanmessung unterstrichen, bei der Curiosity eine große Menge Methan gemessen hat, diese jedoch von den NOMAD- und ACS-Instrumenten auf dem ExoMars-Spurengas-Orbiter, der Messungen dieser Dinge auf globaler Ebene durchführt, nicht nachweisbar war und mit höherer Empfindlichkeit. "

Die Autoren der Studie in JGR-Planets geben an, dass sie das Problem Wissenschaftlern auf dem Gebiet vorwerfen, um Fachwissen aus der gesamten Community zu nutzen.

Wir haben in den letzten Jahrzehnten viel über den Roten Planeten gelernt, aber es ist klar, dass es immer noch viele Rätsel zu lösen gibt.

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